KR0149127B1 - 수동과 능동의 혼합형으로 모드로킹 된 레이저 구도 - Google Patents

수동과 능동의 혼합형으로 모드로킹 된 레이저 구도 Download PDF

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Abstract

본 발명은 종래의 수동형 모드로킹 광섬유 레이저 구도가 가지는 초단 광펄스 생성 구도의 장점과 일반적인 능동형 레이저가 가지는 반복을 변환 특성 및 광펄스의 동기화가 쉬운 점을 동시에 활용하여, 반복을 변환 특성과 용이한 펄스 동기 특성을 가지면서 초단 광펄스를 얻을 수 있는 구도에 관한 것으로, 두 개의 루우프가 광커플러로 연결된 레이저 구조를 하며 한쪽 루우프는 기존의 수동형 모드로킹에서의 비선형 증폭 루우프로 구성되고 다른 쪽 루우프에는 광변조기와 광이득을 포함하여 능동형 모드로킹을 유도하며 시간지연선로를 이용하여 레이저 발진 반복율을 조절할 수 있도록 구성되어, 앞으로 고속 시간분할다중 광통신과 광프로세서, 초고속 광현상 분석에 고속 초단 광펄스의 활용은 가능한 것이다.

Description

수동과 능동의 혼합형으로 모드로킹 된 레이저 구도
제1도는 종래의 팔자형 공진기 구도를 이용한 수동형 모드로킹 된 괌성유 레이저 구도.
제2도는 (a),(b)는 종래의 고리형 공진기 구도를 이용한 수동형 모드로킹 된 광섬유 레이저 구도.
제3도는 종래의 고리형 공진기 구도를 이용한 능동형 모드로킹 된 광섬유 레이저 구도.
제4도는 종래의 고리형 공진기 구도를 이용한 능동 및 수동형의 혼합형 모드로킹 된 광섬유 레이저 구도.
제5도는 상기 제1도의 광섬유 레이저에서 펄스 수축 구도를 포함한 레이저 구도.
제6도는 본 발명의 실시예에 의한 수동 및 능동의 혼합형 모드로킹된 레이저 구도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 광 이득 매질(EDF) 20 : 광변조기(Modulator)
30 : 파장분할 광섬유 커플러(WDM FC) 40 : 편광조절기(PC)
50 : 광섬유 지연 선로(Optical Delay Line)
NALM : 비선형 증폭 루우프 거울 LL : 선형 루우프
Filter : 파장가변형 광 필터 Polarizer : 편광기
Low-bi fier : 낮은 복굴절율 광섬유
Positive GVD Fiber : 양의 군속도를 가진 광섬유
본 발명은 수동과 능동의 혼합형으로 모드로킹 된 레이저 구도에 관한 것으로, 특히 수동형으로 모드로킹 된 광섬유 레이저 구도의 초단 광펄스 생성 특성과 능동형으로 모드로킹 된 레이저 구도의 용이한 동기 신호 제어성 및 고주파수 동작 가능성을 동시에 활용할 수 있도록 한 수동과 능동의 혼합형으로 모드로킹 된 광섬유 레이저 구도에 관한 것이다.
일반적으로, 고속 시간분할 광통신 및 광 프로세서의 응용과장파장 통신대의 광소자 및 소재의 특성 분석등에는 고속의 초단광펄스의 생성을 위해 고속으로 제어할 수 있는 초단 펄스 광원의 확보가 무엇보다 중요하다.
그 동안 반도체 레이저와 광섬유 레이저가 이 분야의 응용을 위해 많이 연구되어 왔으며, 주로 수동형 모드로킹 된 레이저(passively mode-locked laser) 구도로 피코초(10-12초)대 또는 그 이하의 초단 광펄스를 얻어 왔다.
그러나, 상기의 수동형 모드로킹 구도에서는 레이저 펄스가 레이저 공진기 길이에 상응하는 공진기 주파수 또는 그 정수배의 주파수로 자체 발진함에 따라 외부에서 펄스 동기 신호 재생이 없는 한 레이저 펄스와 같은 동기 신호의 전기적 제어는 수월하지 않았다.
반면, 능동형(actively) 모드로킹 된 레이저 구도에서는 능동형 모드로커(mode-locker)에 사용되는 외부의 전기적 신호에 동기를 맞출 수 있어 전기적인 제어가 가능하였으나, 상기의 수동형 모드로킹 된 레이저 구도에서 보다 상대적으로 더 긴 펄스 시간폭을 갖는 레이저 펄스를 얻게 되었다.
종래의 초단 광펄스를 얻기 위한 광섬유 레이저 구도로서 상기와 같은 수동형 모드로킹이나 능동형 모드로킹 구도를 제1도, 제2도 및 제3도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
상기 제1도에서 제3도까지의 구도들은 수동형 또는 능동형의 모드로킹 만을 별도로 구현한 구도를 나타내고 있다.
수동형 모드로킹 된 광섬유 레이저 구도, 즉 제1도에 도시된 팔자형의 수동형 모드로킹 된 광섬유 레이저 구도는 초단 광펄스를 생성하나 레이저 발진 반복율이 공진기의 기본 주파수에 한정이 된다.
제2도의 (a)와 (b)는 종래에 발표된 고리형의 수동형 모드로킹 레이저 발진을 구현한 구도들을 보여주고 있으며, 각각 고리형의 수동형 모드로킹 레이저 구도에 편광기(polarizer)를 사용하거나 편광유지 광섬유(Low-bi fiber)를 사용하였다.
이러한 구도들에서는 모드로킹 된 광펄스가 외부의 영향으로 발진을 시작하여 자체적인 공진기 주파수에 따라 연속으로 발진하게되므로 외부적으로 전기 신호를 이 광펄스와 동기시키기가 쉽지 않을 뿐 아니라 펄스 반복율의 변환도 쉽지가 않다.
한편, 제3도에 도시된 고리형(ring-type)의 능동형 모드로킹된 광섬유 레이저 구도에서는 파장변환 가능한 필터(filter)를 추가하여 파장 가변형 능동 모드로킹 된 레이저를 구현하기도 하였으며, 때로는 편광기(Polarizer)를 추가한 구도를 구현한 경우도 있다.
이러한 구도에서는 외부적으로 펄스 수축 기능을 추가하여 주지 않으면, 상기 제1,2도의 수동형 모드로킹 구도에서 보다 더 큰 시간폭을 가진 광펄스를 생성하게 된다.
위와 같이, 상기 제1도와 제2도 (a),(b)가 초단 광펄스를 얻는데는 용이하나 펄스 반복율의 변환이 용이하지 못하고, 제3도의 능동형 모드로킹 된 레이저 구도는 공진 주파수의 정수배의 반복율로 펄스 발생율을 변경하기가 상대적으로 용이하고 전기적으로도 쉽게 펄스의 동기 신호를 이용할 수 있는 장점은 있으나, 수동형보다 비교적 더 넓은 시간폭의 광펄스를 생성하는 단점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하고자, 제4도에 도시된 바와 같이 고리형 광섬유 레이저에서 광위상 변조기(phase modulator)와 편광조절기(PC)를 이용한 능동 및 수동의 모드로킹 킨 광섬유 레이저를 구현하였다.
그러나, 상기와 같은 구도를 이용해서는 단지 능동형 모드로 된 레이저 펄스 포락선(laser polse envelop)내에 수동형 모드로킹 된 짧은 광펄스들이 쪼개어져 들어 있는 현상일 뿐, 실용성이 다소 미흡한 결점을 드러냈다.
또한, 제5도는 상기 제1도의 수동형 모드로킹 구도의 단점을 해결하기 위한 구도로서, 상기 제1도의 수동형 모드로킹 된 광섬유 레이저에 선형 루우프(linear loop;LL)부분에 광섬유 증폭 이득 부분과 양의 군속도를 가진 광섬유(Positive GVD Fiber)를 삽입하므로써 수동형 모드로킹 된 레이저 펄스를 압축하여 더 짧은 시간폭의 광펄스를 얻었다.
그러나, 상기와 같은 해결방안은 펄스의 시간폭이 짧아지는 것을 제외하고는 상기 제1도의 수동형 모드로킹 구도가 가지는 단점을 결국 극복하지 못하고 말았다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 고속 시간분할 및 파장분할 광통신 및 광비선형 효과 유도용의 초단 광펄스 생성용 광원으로 종래의 수동형 모드로킹 방식이 가지는 초단 광펄스 특성과 능동형 모드로킹 방식이 가지는 펄스 동기의 용이성과 반복율의 변환 가능성을 동시에 활용하여 전기적으로 제어가 용이하고 초단 광펄스를 얻을 수 있는 수동과 능동의 혼합형으로 모드로킹 된 레이저 구도를 제안하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 종래의 두 개의 루우프가 광커플러로 연결된 레이저에 있어서, 비선형 증폭 루우프 거울을 포화 흡수체로 사용하고, 전광 변조기를 능동형 모드로커(mode-locker)로 사용하여 수동 및 능동형으로 모드로킹된 광펄스를 동시에 얻은 레이저 구도를 구성하는데 있다.
본 발명의 부가적인 특징은, 상기 레이저 구도의 선형 루우프 부분에 능동형 모드로커로써 전광 변조기를 사용하고, 안정적으로 모드로킹 된 광펄스를 얻기 위해 광 이득 매질을 삽입하며, 레이저 발진 주파수 변환을 위하여 광 지연 선로를 삽입하여 구성하는데 있다.
이하, 제6도는 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
제6도는 본 발명의 실시예에 의한 두 개의 루우프가 광커플러로 연결된 수동 및 능동의 혼합형 모드로킹 레이저 구도를 도시한 것으로서, 상기 레이저 구도의 선형 루우프(linear loop;LL)에는 광이득 매질(EDF)(10), 펌프 레이저(PUMP Laser), 광변조기(Modulator)(20), 파장분할 광 커플러(WDM FC)(30), 편광조절기(PC)(40), 광 지연선로(Optical Delay Line)(50)가 종래의 두 개가 루우프로 구성된 팔자형의 수동형 모드로킹 된 광섬유 레이저 구도에 비해 더 추가되었으며, 상기 부분들은 능동형 모드로킹 역할을 수행하게 된다.
상기 편광 조절기의 조절과 광변조기에 걸어주는 전기적 변조 주파수를 공진기 기본 주파수의 정수 배로 조절하고 능동형 모드로킹 부분의 펌프 레이저의 펌프 파워를 올려줌으로써 수동 및 능동형 모드로킹이 동시에 일어나게 한다.
즉, 상기 레이저 구도에서는 비선형 증폭 루우프 거울(nonlinear amplifier loop mirror; NALM)을 이용하여 수동형 모드로킹 특성을 구현하고, 선형 루우프(linear loop) 부분에 삽입된 이득 영역과 광변조기, 편광기의 적절한 활용으로 얻어지는 혼합형 모드로킹한 레이저 펄스는 상대적으로 능동형 모드로킹만 된 경우보다 짧은 시간폭을 가지며 수동형 모드로킹만 된 경우보다 레어저 발진 주파수 변화가 용이한 레이저 발진 특성을 얻게 되는 것이다.
아울러 선형 루우프 부분에 광 지연 선로(50)를 삽입하여, 이 광 지연 선로의 길이 변화에 따라 광 변조기의 변조 주파수를 조절할 수 있을 뿐만 아니라 동시에 이에 따른 레이저 발진 주파수를 조절하여 원하는 레이저 발진 주파수에서 혼합형 모드로킹 된 레이저가 발진할 수가 있다.
상기 광 이득 매질로(10)는 어븀 첨가된 광섬유(EDF)를 사용하고 나머지 부품들도 광섬유가 연결된 소자를 사용함으로써 광섬유 레이저를 구성한다.
상기와 같이 본 발명은 발진 주파수의 변화와 발진 레이저 펄스의 동기가 용이하면서 초단 광펄스를 얻을 수 있는 광섬유 레이저의 실현이 가능하므로, 앞으로 고속 시간분할다중 광통신과 고속 광 프로세서, 광특성 분석등의 분야에 광원으로 응용이 가능하며, 이 분야의 발전에 기여하리라 기대된다.
따라서, 전기적 동기 신호의 제어가 용이하고 상대적으로 짧은 초단 광펄스의 생성은 앞서 언급된 고속 초단 광펄스의 여러 응용 분야에 활용하기 더욱 적합하다.

Claims (2)

  1. 두개의 루우프가 광커플러로 연결된 구도에 있어서, 한쪽 루우프는 비선형 증폭 루우프 거울로 구성되고, 다른쪽 루우프는 광 이득 부분, 펌프 레이저, 파장분할 광 커플러, 광변조기 및 편광조절기를 삽입하여 구성된 선형루우프로 이루어지는 것을 특징으로 하는 수동과 능동의 혼합형으로 모드 로킹 된 레이저 구도.
  2. 제1항에 있어서, 상기 선형루우프에 광 지연선로를 더 포함하여 삽입된 것을 특징으로 하는 수동과 능동의 혼합형으로 모드로킹 된 레이저 구도.
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KR970024398A (ko) 1997-05-30

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